不饱和聚酯树脂复合材料制备与性能研究

微米石墨粉/不饱和聚酯树脂复合材料制备与性能研究摘要：与碳纳米管相比,石墨具有较低的价格和粘土的层状结构以及优越的热电性能，它可以作为粘土和碳纳米管的替代品，开发具有多功能的聚合物复合材料。本文通过浇注成型的方法来制备石墨粉/不饱和聚酯树脂复合材料，研究不同含量的石墨粉对石墨粉/不饱和聚酯树脂复合材料的性能影响。使用万能材料试验机、摆锤式冲击试验机、塑料洛氏硬度计和电液伺服疲劳试验机分别测定复合材料的拉伸性能、冲击性能、洛氏硬度和疲劳性能，研究比拟不同石墨含量对复合材料性能的影响。关键词：石墨粉;不饱和聚酯树脂;复合材料前言不饱和聚酯树脂主要就是指包含有不饱和二元酸或者是二元醇的高分子化合物，这些高分子化合物在现实生活各方面的应用中最大的特点就是具有应用实效性。根据不饱和聚酯树脂的具体研究和实际应用来看，其主要特点可以归纳为：(1)加工塑性效果理想;(2)品种多样;(3)物理性质较为稳定;(4)耐腐蚀较为突出;(5)绝缘效果理想。为了能够在实际生产或者是应用方面表达不饱和聚酯树脂有较强的应用效能，就需要采取较为理想的措施和手段对其进行有效处理。热固性塑料广泛用于于汽车，航空，电子，建筑和包装行业的结构材料、粘合剂、涂料和绝缘材料。由于热固性树脂交联密度高，导致它们热稳定高，拥有化学惰性的和机械硬化的特点。尽管它们有这些有利的特性，热固性材料仍易碎并且易于发生机械故障。这限制了热固性树脂在材料断裂韧性和抗疲劳性中至关重要的应用1。与传统的3D纳米粒子相比，石墨烯是一种2D单原子厚的纳米材料，但它具有更大的潜力成为一个良好的增韧剂，以其膨胀系数小，导热性好，化学性质稳定等优点成为工业生产的常用材料2。石墨最显著的优点就是其具有优良的减摩润滑作用及较低的摩擦系数。石墨烯是一种由碳原子组成的原子级二维蜂窝状结构，是一种新兴材料，在微电子机械系统，耐磨材料，涂料，添加剂和液体/固体润滑剂等许多领域得到应用。它具有极高的导热性，极高的刚度和弹性，良好的光学，电学性能。多年来，石墨一直被用作摩擦复合材料(FC)中的固体润滑剂。随着石墨烯的发现，研究人员发现石墨烯的性质优于石墨。对我国来说，石墨的加工工艺比拟落后3，石墨产品的附加值较低，因此，加大研发力度，增强产业水平已迫在眉睫。本次课题的主要任务是在不饱和聚酯树脂配方里添加微米石墨粉填料，希望到达的效果是改善不饱和聚酯树脂的性能。将树脂与石墨粉直接简单混合搅拌均匀，然后在特定的模具里浇注成型。研究不同含量的石墨粉对不饱和聚酯树脂性能的影响。研究内容本文主要研究的内容是石墨粉对不饱和聚酯树脂的性能影响，研究石墨粉与树脂配比分别为0.1：100、0.2：100、0.5：100、1：100时对石墨粉/不饱和聚酯树脂复合材料性能的影响。具体工作如下：(1)制备不同石墨粉含量的石墨粉/不饱和聚酯树脂复合材料;(2)分别测试样品的冲击性能、拉伸性能、疲劳性能和硬度;(3)对实验数据进行比拟、处理和分析，得出结论。2.实验方案2.1实验原料191#不饱和聚酯树脂、微米石墨粉、固化剂(过氧化环己酮)、促进剂(环烷酸钴)。2.2实验设备实验设备：万能材料试验机、真空枯燥箱、电子天平、摆锤式冲击试验机、塑料洛氏硬度计、电液伺服疲劳试验机。2.3实验步骤第一步，用电子天平分别称取100g的191#不饱和聚酯树脂与一定比例(质量：0.1、0.2、0.5、1)的石墨粉，然后用搅拌机搅拌均匀，为了防止产生气泡，可放入真空枯燥箱中真空脱泡。第二步，用电子天平分别称取一定比例的固化剂和促进剂，参加UPR/石墨粉的预混物中，然后用搅拌机搅拌均匀，再放入真空枯燥箱中真空脱泡;将配好的树脂慢慢倒入准备好的模具里，在室温下固化。第三步，待样品在模具里固化成型后，将其从模具里取出，然后标号装进袋子里，打磨后测量尺寸再进行性能测试。3.测试与表征根据实验要求，表征环氧树脂复合材料力学性能;拉伸性能的测试，试验方法参照(GB1446-83)。冲击性能的测试，试验方法参照(GB1451-83)。实验结果4.1复合材料冲击性能分析石墨粉的参加可以提高该复合材料的冲击性能。石墨粉/不饱和聚酯树脂复合材料的冲击强度随着石墨含量的增加而增加，当石墨粉与不饱和聚酯树脂的比例为1：100时，石墨粉/不饱和聚酯树脂复合材料的冲击强度到达最大值;不添加石墨粉时，石墨粉/不饱和聚酯树脂复合材料的冲击强度最小。以上结果可以归因于石墨粉本身具有良好的机械性能和较大的比表积，能够很好的提高复合材料的力学性能。4.2复合材料洛氏硬度分析石墨粉的参加可以提高石墨粉/不饱和聚酯树脂复合材料的洛氏硬度。当石墨粉与不饱和聚酯树脂的比例为0.2：100时，石墨粉/不饱和聚酯树脂复合材料的洛氏硬度到达最大值。4.3复合材料拉伸性能分析随着石墨粉含量增加，石墨粉/不饱和聚酯树脂复合材料的最大应力先上升后下降。当石墨粉与不饱和聚酯树脂的比例为0.2：100时，石墨粉/不饱和聚酯树脂复合材料的最大应力到达最大值;不添加石墨粉的试样的最大应力是最低的。可以发现，并不是石墨粉含量越多，复合材料的最大应力最大。材料总体的应变根本保持不变，石墨粉/不饱和聚酯树脂复合材料的最大应变的一组是石墨粉和不饱和聚酯树脂的比例为0.5：100时;而当它们的比例为1：100时，最大应变是最小的。随着石墨粉含量增加，石墨粉/不饱和聚酯树脂复合材料的杨氏模量先上升后下降。当石墨粉与不饱和聚酯树脂的比例为0.2：100时，石墨粉/不饱和聚酯树脂复合材料的杨氏模量到达最大值。结论通过实验比照相关实验数据。初步得到以下结论：(1)通过冲击测试结果可以得出：随着石墨粉含量的增加，石墨粉/不饱和聚酯树脂复合材料的冲击强度也增加，当石墨粉与不饱和聚酯树脂的比例为1：100时，石墨粉/不饱和聚酯树脂复合材料的冲击强度最好。(2)通过硬度测试结果可以得出：随着石墨粉含量的增加，石墨粉/不饱和聚酯树脂复合材料的硬度先上升后下降，当石墨粉与不饱和聚酯树脂的比例为0.2：100时，石墨粉/不饱和聚酯树脂复合材料的硬度最大。(3)通过拉伸测试结果可以得出：随着石墨粉含量增加，石墨粉/不饱和聚酯树脂复合材料的最大应力、杨氏模量先上升后下降;当石墨粉与不饱和聚酯树脂的比例为0.2：100时，石墨粉/不饱和聚酯树脂复合材料的最大应力、杨氏模量到达最大值。(4)通过疲劳测试结果可以得出：随着石墨粉含量的增加，石墨粉/不饱和聚酯树脂复合材料的疲劳性能先上升后下降，当石墨粉与不饱和聚酯树脂的比例为0.2：100时，试样的疲劳性能最正确。综合以上结果可知石墨粉的含量并不是越多越好，而是要控制在一定的含量。本次研究得出的结果是，当石墨粉与不饱和聚酯树脂的比例为0.2：100时，石墨粉/不饱和聚酯树脂复合材料的性能最好。参考文献1杨建.石墨填充橡胶材料的性能研究及纳米复合材料的制备D.北京化工大学,2022.2徐佳佳.不饱和树脂特点和应用研究J,2022,32(17)3章震.氧化石墨/不饱和聚酯复合材料性能研究J.杭州化工,2022,46(01):19-23.